THVD24xxV-EP：增强型 RS-485 收发器的卓越之选

在电子工程领域，可靠的通信是众多系统正常运行的关键。RS-485 作为一种广泛应用的通信标准，其收发器的性能直接影响着数据传输的稳定性和效率。今天，我们就来深入了解一下德州仪器（TI）推出的 THVD24xxV-EP 系列增强型 3V 至 5.5V RS-485 收发器，看看它有哪些独特的特性和应用场景。

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特性亮点

增强型产品设计

THVD24xxV-EP 系列属于增强型产品，具备军用级温度范围（–55°C 至 125°C），这使得它能够在极端环境下稳定工作，适用于航空航天、工业控制等对温度要求苛刻的领域。同时，它采用单一晶圆制造厂和封装测试厂，使用金键合线和 NiPdAu 铅涂层，不仅保证了产品的一致性和可靠性，还具备晶圆批次可追溯性，延长了产品的生命周期。

宽电源电压范围与高兼容性

该系列收发器的电源电压范围为 3V 至 5.5V，差分输出在 5V 电源下超过 2.1V，并且与 PROFIBUS 兼容。数据和使能信号电源范围为 1.65V 至 5.5V，这种宽电压范围的设计使得它能够适应不同的电源环境，提高了系统的灵活性。

可选数据速率

通过 SLR 引脚，用户可以选择不同的数据速率。THVD2410V-EP 支持 250kbps 和 1Mbps 两种速率，而 THVD2450V-EP 和 THVD2452V-EP 则支持 20Mbps 和 50Mbps 两种速率。这种灵活的速率选择能够满足不同应用场景对数据传输速度的需求。

强大的总线 I/O 保护

在复杂的工业环境中，总线容易受到各种干扰和故障的影响。THVD24xxV-EP 具备 ±70V 直流总线故障保护和 ±16kV HBM ESD 保护，其中 THVD2410V-EP 和 THVD2450V-EP 还具备 ±15kV IEC 61000-4-2 接触放电和气隙放电保护，THVD2452V-EP 具备 ±8kV IEC 61000-4-2 接触放电和气隙放电保护以及 ±4kV IEC 61000-4-4 快速瞬态突发保护。这些保护措施有效地提高了收发器的抗干扰能力，保证了数据传输的可靠性。

低功耗与热管理

该系列收发器具有低功耗的特点，待机电源电流小于 1µA，运行期间的电流小于 5.3mA。同时，它还具备热关断功能，当结温超过设定阈值时，会自动禁用驱动器和接收器，防止器件因过热而损坏。

多种封装形式

为了满足不同的应用需求，THVD24xxV-EP 提供了小型 3mm x 3mm VSON 封装（半双工，可节省布板空间）和 14-D 封装（全双工，可方便插接）两种封装形式。

应用场景

航电设备

在航空电子设备中，对通信的可靠性和稳定性要求极高。THVD24xxV-EP 的宽温度范围、强大的保护功能和低功耗特性，使其能够在航空环境中可靠地传输数据，确保航电系统的正常运行。

智能弹药

智能弹药需要在复杂的电磁环境中准确地传输数据，以实现精确的控制和打击。THVD24xxV-EP 的抗干扰能力和高速数据传输能力，能够满足智能弹药对通信的严格要求。

传感器、成像和雷达

在传感器、成像和雷达系统中，需要快速、准确地传输大量的数据。THVD24xxV-EP 的可选数据速率和高差分输出电压，能够满足这些系统对数据传输速度和质量的需求。

加固型通信

在一些恶劣的工业环境中，如工厂自动化、电网系统等，需要使用加固型通信设备来保证数据传输的可靠性。THVD24xxV-EP 的强大保护功能和宽温度范围，使其成为加固型通信的理想选择。

规格参数

绝对最大额定值

在自然通风条件下的工作温度范围内，逻辑电源电压范围为 -0.5V 至 Vcc+0.2V，总线电源电压范围为 -0.5V 至 6.5V，总线电压范围为 -70V 至 70V，输入电压范围为 -0.3V 至 Vio+0.2V，接收器输出电流范围为 -24mA 至 24mA，贮存温度范围为 -65°C 至 170°C。超出这些绝对最大额定值运行可能会对器件造成永久损坏。

ESD 等级

该系列收发器具备良好的 ESD 保护能力，总线端子和 GND 的人体放电模型（HBM）ESD 等级为 ±16.000V，除总线端子和 GND 外的所有引脚为 ±4,000V，充电器件模型（CDM）ESD 等级为 ±1,500V。

建议运行条件

建议的电源电压范围为 3V 至 5.5V，VO 电源电压范围为 1.65V 至 Vcc，任何总线端子上的输入电压范围为 -12V 至 12V，高电平输入电压范围为 0.7VIo 至 Vio，低电平输入电压范围为 0V 至 0.3Vio，差分输入电压总线引脚范围为 -25V 至 25V，驱动器输出电流范围为 -60mA 至 60mA，接收器输出电流根据不同的 Vio 电压有所不同，差分负载电阻建议为 54Ω 至 60Ω，信令速率根据不同的器件和 SLR 引脚设置有所不同，工作环境温度范围为 -55°C 至 125°C，结温范围为 -55°C 至 150°C。

电气特性

在自然通风条件下的工作温度范围内，驱动器差分输出电压幅度在不同的负载电阻和电源电压条件下有所不同，共模输出电压范围为 1V 至 Vco/2 至 3V，短路输出电流范围为 -250mA 至 250mA。接收器的总线输入电流、正向输入阈值电压、负向输入阈值电压、输入迟滞等参数也有相应的规定。

开关特性

不同的数据速率下，驱动器和接收器的开关特性有所不同，包括差分输出上升/下降时间、传播延迟、脉冲延迟、禁用时间、启用时间等。这些特性对于设计高速、可靠的通信系统至关重要。

详细说明

概述

THVD2410V-EP 和 THVD2450V-EP 是具有故障保护功能的半双工 RS-485 收发器，提供两种速度等级，分别适用于速率高达 1Mbps 和 50Mbps 的数据传输。THVD2452V-EP 是一款全双工收发器，可通过 SLR 引脚配置为两种速度：20Mbps 和 50Mbps。这些器件均具有高电平有效的驱动器使能引脚和低电平有效的接收器使能引脚，禁用驱动器和接收器后可获得低于 1µA 的关断电流。

功能方框图

从功能方框图可以清晰地看到各个模块的组成和连接方式，有助于工程师深入理解器件的工作原理。

特性说明

• ±70V 故障保护：与标准 RS-485 器件相比，THVD24xxV-EP 收发器加强了总线故障保护，无需任何外部元件即可在高达 ±70V 的电压下受到保护，简化了系统设计并降低了整体系统成本。
• 集成 IEC ESD 和 EFT 保护：内部 ESD 保护电路可根据高达 ±12kV 的 IEC 61000-4-2 标准保护收发器免受静电放电的影响，并根据高达 ±4kV 的 IEC 61000-4-4 标准保护收发器免受电气快速瞬变的影响。
• 驱动器过压和过流保护：驱动器可防止 -70V 至 +70V 范围内的任何直流电源短路，内部将短路电流限制为 ±250mA，当输出故障电压超过 |±25V| 时，折返式限流电路可进一步将驱动器短路电流降至 ±5mA 以下。同时，所有器件都具有热关断保护功能。
• 增强型接收器抗噪性能：差分接收器具有完全对称的阈值，即使在输入振幅很小的情况下也能保持信号的占空比，250mV（典型值）迟滞可提供抗噪能力。
• 接收器失效防护状态运行：当总线出现开路、短路或空闲等无效状态时，如果输入振幅停留时间超过 tD(OFS) 至少 |VTH_FSH|，接收器将输出失效防护逻辑高电平状态。
• 低功耗关断模式：如果驱动 DE 低电平和 RE 高电平的时间多于 500ns，则器件进入关断模式，该功能可防止器件由于 DE 和 RE 之间的偏差而意外进入关断模式。

器件功能模式

• 驱动器功能：当驱动器使能引脚 DE 为逻辑高电平时，差分输出 A 和 B 跟随数据输入 D 的逻辑状态；当 DE 为低电平时，两个输出都变为高阻态。
• 接收器功能：当接收器使能引脚 RE 为逻辑低电平时，接收器被启用，根据差分输入电压的大小输出相应的逻辑电平；当 RE 为逻辑高电平或处于开路时，接收器输出为高阻抗。
• SLR 引脚功能：SLR 引脚用于选择发送器（TX）和接收器（RX）的最大速度，不同的器件在不同的 SLR 引脚电平下具有不同的最大速度。
• 电源功能：在欠压场景中，驱动器输出和接收器输出会根据电源电压的不同而呈现不同的状态。

应用和实施

设计要求

在设计 RS-485 通信系统时，需要考虑数据速率和总线长度、短线长度、总线负载和瞬态保护等因素。数据速率与电缆长度成反比关系，短线长度应尽可能短，以减少反射的影响。RS-485 标准规定驱动器必须能够驱动 32 个单元负载，而 THVD24xxV-EP 器件包含 1/8 UL 收发器，可将多达 256 个接收器连接到总线。同时，需要对收发器进行瞬态保护，以防止 ESD、EFT 和浪涌瞬变等干扰。

详细设计过程

对于半双工器件，建议使用保护电路来抵御 1kV 浪涌（IEC 61000-4-5）瞬变，如使用 SMAJ30CA TVS 二极管进行保护。

电源相关建议

为确保在所有数据速率和电源电压下可靠运行，应使用 100nF 陶瓷电容对各个电源进行去耦，该电容的位置应尽可能靠近电源引脚。

布局

在 PCB 设计过程中，应采用高频布局技术，将保护电路放置在靠近总线连接器的位置，使用 $V_{CC}$ 和接地平面来提供低电感，将保护元件设计成信号路径的方向，在靠近收发器、UART 和/或控制器 IC 的 $VCCI$ 和 $VIO$ 引脚的位置应用去耦电容器，在电源引脚和保护器件的去耦电容器接地连接时至少使用两个过孔，使用上拉和下拉电阻用于使能线路，在 A 和 B 总线线路中插入防脉冲电阻器等。

总结

THVD24xxV-EP 系列增强型 RS-485 收发器以其卓越的性能、强大的保护功能和灵活的设计特点，为电子工程师在设计通信系统时提供了一个可靠的选择。无论是在极端环境下的航空航天领域，还是在复杂的工业环境中，THVD24xxV-EP 都能够稳定、高效地传输数据。作为电子工程师，我们在实际应用中应根据具体的需求和场景，合理选择和使用该系列收发器，充分发挥其优势，设计出更加可靠的通信系统。你在使用 RS-485 收发器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。